波峰焊焊接工艺.ppt

波峰焊焊接工艺编辑：郭立军2006、12、07,目录：,一：波峰焊焊接的定义二：波峰焊焊接工艺1:波峰焊机的工位组成及其功能2:助焊剂涂敷系统3:预热系统4:波峰面5:焊点成型6:防止桥联的发生7:波峰焊工艺曲线解析8:波峰焊工艺参数调节三：波峰焊焊接缺陷分析,1.沾锡不良2.局部沾锡不良3.冷焊或焊点不亮4.焊点破裂5.焊点锡量太大6.锡尖(冰柱)7.防焊绿漆上留有残锡8.白色残留物9.深色残余物及浸蚀痕迹10.绿色残留物11.白色腐蚀物12.油脂类残留13.黄色焊点14.针孔及气孔15.焊点灰暗16.焊点表面粗糙17.短路,一：波峰焊焊接的定义,波峰焊是将熔融的液态焊料借助与泵的作用在焊料槽液面形成特定形状的焊料波插装了元器件的PCB置与传送链上经过某一特定的角度以及一定的浸入深度穿过焊料波峰而实现焊点焊接的过程。,二：波峰焊焊接工艺,1:波峰焊机的工位组成及其功能,裝板,涂布焊剂,预热,焊接,喷风,冷却,卸板,2：助焊剂涂敷系统,喷雾法是焊接工艺中一种比较受欢迎的涂敷方法，它可以精确地控制助焊剂沉积量。助焊剂喷雾系统是利用喷雾装置，将助焊剂雾化后喷到PCB上，预热后进行波峰焊影响助焊剂喷量的参数有四个：基板传送速度、空气压力、喷嘴的摆速和助焊剂浓度。通过这些参数的控制可使喷射的层厚控制在1-10微米之间。,对于无铅波峰焊来说，由于无铅焊料的润湿性比有铅焊料要差，为了保证良好的焊接质量，对助焊剂的选择和涂敷的要求更高。在选择助焊剂时还应考虑无铅PCB的预涂层和无铅焊料的润湿性。波峰焊设备在助焊剂喷雾上要求均匀涂敷，而且涂敷的助焊剂的量要求适中。当助焊剂的涂敷量过大时，就会使PCB焊后残留物过多，影响外观。另外过多的助焊剂在预热过程中有可能滴落在发热管上引起着火，影响发热管的使用寿命，当助焊剂的涂敷量不足或涂敷不均匀时，就可能造成漏焊、虚焊或连焊。,3:预热系统,在基板涂敷助焊剂之后，首先是蒸发助焊剂中多余的溶剂，增加粘性。这就要在焊接前进行预热基板。如果粘性太低，助焊剂会被熔融的锡过早的排挤出，造成表面润湿不良。干燥助焊剂也可加强其表面活性，加快焊接过程。在预热阶段，基板和元器件被加热到110-125，使基板和熔融接触时降低了热冲击，减少基板翘曲的可能。,在通过波峰焊接之前预热，有以下几个理由：3.1.提升了焊接表面的温度，因此从波峰上要求较少的温带能量，这样有助于助焊剂表面的反应和更快速的焊接。3.2.预热也减少波峰对元器件的热冲击，当元器件暴露在突然的温度梯度下时可能被削弱或变成不能运行。3.3.预热加快挥发性物质从PCB上的蒸发速度。这些挥发性物质主要来自于助焊剂，但也有可能来自较早的操作、储存条件和处理。挥发物在波峰上的出现可能引起焊锡飞溅和PCB上的锡球。3.4.控制预热温度梯度、预热温度和预热时间对于达到良好的焊接质量是关键的。保证助焊剂在适当的时间正确地激发和保持，直到PCB离开波峰。预热必须将PCB带到足够高的温度，以提供正在使用的助焊剂的活性化。多数助焊剂供应商会推荐预热温度参考值。,对于任何助焊剂，不足的预热时间和温度将造成较多的焊后残留物，或许活性不足，造成润湿性差。预热低也可能导致焊接时有气体放出造成焊料球，当在波峰前没有提供足够的预热来蒸发水分时，液体溶剂到达波峰时容易造成焊锡飞溅。当预热温度过高或预热时间过长，导致助焊剂有可能在到达波峰之前就已经作用。助焊剂在波峰上的主要作用是降低焊锡的表面张力，提高润湿性。如果助焊剂的活性成分过早的挥发，则可能造成桥连或冰柱。最佳的预热温度是在波峰上留下足够的助焊剂，以帮助在PCB退出波峰时焊锡从金属表面的剥落。,4:波峰面,波的表面均被一层氧化皮覆盖它在沿焊料波的个长度方向上几乎都保持静态在波峰焊接过程PCB接触到锡波的前沿表面氧化皮破裂PCB前面的锡波无皲褶地被推向前进这说明整个氧化皮与PCB以同样的速度移动,5:焊点成型,当PCB进入波峰面前端（A）时基板与引脚被加热并在未离开波峰面（B）之前整个焊盘浸在焊料中并与相近的焊盘即被焊料所桥联但在离开波峰尾端的瞬间少量的焊料由于润湿力的作用粘附在焊盘上并由于表面张力的原因会出现以引线为中心收缩至最小状态此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间的焊料的内聚力。因此会形成饱满圆整的焊点离开波峰尾部的多余焊料由于重力的原因回落到锡锅中,PCB离开焊料波时分离点位于B1和B2之间的某个地方分离后形成焊点,6:防止桥联的发生,6.1使用可焊性好的元器件/PCB6.2提高助焊剂的活性6.3提高PCB的预热温度增加焊盘的湿润性能6.4提高焊料的温度6.5去除有害杂质减低焊料的内聚力以利于两焊点之间的焊料分开,7:波峰焊工艺曲线解析,预热开始,与焊料接触,达到润湿,与焊料脱离,焊料开始凝固,凝固结束,预热时间,润湿时间,停留/焊接时间,冷却时间,工艺时间,7.1润湿时间指焊点与焊料相接触后润湿开始的时间7.2停留时间PCB上某一个焊点从接触波峰面到离开波峰面的时间停留/焊接时间的计算方式是停留/焊接时间=波峰宽/速度,7.3预热温度预热温度是指PCB与波峰面接触前达到的温度7.4焊接温度焊接温度是非常重要的焊接参数通常高于焊料熔点（217C）50C60C，大多数情况是指焊锡炉的温度，实际运行时所焊接的PCB焊点温度要低于炉温这是因为PCB吸热的结果,8:波峰焊工艺参数调节,8.1波峰高度波峰高度是指波峰焊接中的PCB吃錫高度。其數值通常控制在PCB板厚度的1/22/3,过大会导致熔融的焊料流到PCB的表面形成“桥连”8.2传送倾角波峰焊机在安裝时除了使机器水平外还应调节传送裝置的倾角通过倾角的调节可以调PCB与波峰面的焊接时间适当滴时候会有于焊料液与PCB更快的剥离使之返回锡炉內,8.3焊料纯度的影响波峰焊接过程中焊料的杂质主要是来源于PCB上焊盘的铜浸析过量的铜会导致焊接缺陷增多8.4助焊剂喷流量调整8.5工艺参数的协调波峰焊机的工艺参数：链速、预热时间、焊接时间和倾角之间需要相互协调反复调整。,三：波峰焊接缺陷分析,1.沾锡不良,这种情况是不可接受的缺点,在焊点上只有部分沾锡.分析其原因及改善方式如下:1-1.外界的污染物如油,脂,腊等,此类污染物通常可用溶剂清洗,此类油污有时是在印刷防焊剂时沾上的.1-2.硅油通常用于脱模及润滑之用,通常会在基板及零件脚上发现,而硅油不易清理,因之使用它要非常小心尤其是当它做抗氧化油常会发生问题,因它会蒸发沾在基板上而造成沾锡不良.,1-3.常因贮存状况不良或基板制程上的问题发生氧化,而助焊剂无法去除时会造成沾锡不良,过二次锡或可解决此问题.1-4.沾助焊剂方式不正确,造成原因为发泡气压不稳定或不足,致使泡沫高度不稳或不均匀而使基板部分没有沾到助焊剂.1-5.吃锡时间不足或锡温不足会造成沾锡不良,因为熔锡需要足够的温度及时间润湿,通常焊锡温度应高于熔点温度50至60之间,沾锡总时间约2.5-5.0秒.,2.局部沾锡不良,此一情形与沾锡不良相似,不同的是局部沾锡不良不会露出铜箔面,只有薄薄的一层锡无法形成饱满的焊点.,3.冷焊或焊点不亮,焊点看似碎裂,不平,大部分原因是零件在焊锡正要冷却形成焊点时振动而造成,注意锡炉输送是否有异常振动.,4.焊点破裂,此一情形通常是焊锡,基板,导通孔,及零件脚之间膨胀系数,未配合而造成,应在基板材质,零件材料及设计上去改善.,5.焊点锡量太大,通常在评定一个焊点,希望能又大又圆又胖的焊点,但事实上过大的焊点对导电性及抗拉强度未必有所帮助.5-1.锡炉输送角度不正确会造成焊点过大,倾斜角度由4到7度依基板设计方式调整,一般角度约5.5度角,角度越大沾锡越薄角度越小沾锡越厚.5-2.提高锡槽温度,加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽.,5-3.提高预热温度,可减少基板沾锡所需热量,曾加助焊效果.5-4.改变助焊剂比重,略为降低助焊剂比重,通常比重越高吃锡越厚也越易短路,比重越低吃锡越薄但越易造成锡桥,锡尖.,6.锡尖(冰柱),此一问题通常发生在DIP的焊接制程上,在零件脚顶端或焊点上发现有冰尖般的锡.6-1.基板的可焊性差,此一问题通常伴随着沾锡不良,此问题应由基板可焊性去探讨,可试由提升助焊剂比重来改善.6-2.基板上金道(PAD)面积过大,可用绿(防焊)漆线将金道分隔来改善,原则上用绿(防焊)漆线在大金道面分隔成5mm乘10mm区块.,6-3.锡槽温度不足沾锡时间太短,可用提高锡槽温度加长焊锡时间,使多余的锡再回流到锡槽来改善.6-4.出波峰后之冷却风流角度不对,不可朝锡槽方向吹,会造成锡点急速,多余焊锡无法受重力与内聚力拉回锡槽.6-5.手焊时产生锡尖,通常为烙铁温度太低,致焊锡温度不足无法立即因内聚力回缩形成焊点,改用较大瓦特数烙铁,加长烙铁在被焊对象的预热时间.,7.防焊绿漆上留有残锡,7-1.基板制作时残留有某些与助焊剂不能兼容的物质,在过热之,后软化产生黏性黏着焊锡形成锡丝,可用丙酮(*已被蒙特利尔公约禁用之化学溶剂),氯化烯类等溶剂来清洗,若清洗后还是无法改善,则有基板层材加工不正确的可能,本项事故应及时反馈基板供货商。7-2.不正确的基板加工会造成此一现象,可在插件前先行烘烤120二小时,本项事故应及时回馈基板供货商。7-3.锡渣被泵打入锡槽内再喷流出来而造成基板面沾上锡渣,此一问题较为单纯良好的锡炉维护,锡槽正确的锡面高度(一般正常状况当锡槽不喷流静止时锡面离锡槽边缘10mm高度),8.白色残留物,在焊接或溶剂清洗过后发现有白色残留物在基板上,通常是松香的残留物,这类物质不会影响表面电阻值,但影响外观8-1.助焊剂通常是此问题主要原因,有时改用另一种助焊剂即可改善,松香类助焊剂常在清洗时产生白班,此时最好的方式是寻求助焊剂供货商的协助,产品是他们供应他们较专业。8-2.基板制作过程中残留杂质,在长期储存下亦会产生白斑,可用助焊剂或溶剂清洗即可。8-3.不正确的加工亦会造成白班,通常是某一批量单独产生,应及时反馈基板供货商并使用助焊剂或溶剂清洗即可。,8-4.厂内使用之助焊剂与基板氧化保护层不兼容,均发生在新的基板供货商,或更改助焊剂厂家时发生,应请供货商协助。8-5.因基板制程中所使用之溶剂使基板材质变化,尤其是在镀镍过程中的溶液常会造成此问题,建议储存时间越短越好。8-6.助焊剂使用过久老化,暴露在空气中吸收水气劣化,建议更新助焊剂(通常发泡式助焊剂应每周更新,浸泡式助焊剂每两周更新,喷雾式每月更新即可)。8-7.使用松香型助焊剂,过完焊锡炉候停放时间太九才清洗,导致引起白班,尽量缩短焊锡与清洗的时间即可改善。8-8.清洗基板的溶剂水分含量过高,降低清洗能力并产生白班.应更新溶剂.,9.深色残余物及浸蚀痕迹,通常黑色残余物均发生在焊点的底部或顶端,此问题通常是不正确的使用助焊剂或清洗造成.9-1松香型助焊剂焊接后未立即清洗,留下黑褐色残留物,尽量提前清洗即可.9-2酸性助焊剂留在焊点上造成黑色腐蚀颜色,且无法清洗,此现象在手焊中常发现,改用较弱之助焊剂并尽快清洗.9-3有机类助焊剂在较高温度下烧焦而产生黑班,确认锡槽温度,改用较可耐高温的助焊剂即可.,10.绿色残留物,绿色通常是腐蚀造成,特别是电子产品但是并非完全如此,因为很难分辨到底是绿锈或是其它化学产品,但通常来说发现绿色物质应为警讯,必须立刻查明原因,尤其是此种绿色物质会越来越大,应非常注意,通常可用清洗来改善.10-1腐蚀的问题通常发生在裸铜面或含铜合金上,使用非松香性助焊剂,这种腐蚀物质内含铜离子因此呈绿色,当发现此绿色腐蚀物,即可证明是在使用非松香助焊剂后未正确清洗.10-2绿色残留物是氧化铜与松香酸(松香主要成分)的化合物,此一物质是绿色但绝不是腐蚀物且具有高绝缘性,不影影响品质但客户不会同意应清洗.,11.白色腐蚀物,第八项谈的是白色残留物是指基板上白色残留物,而本项目谈的是零件脚及金属上的白色腐蚀物,尤其是含铅成分较多的金属上较易生成此类残余物,主要是因为氯离子易与铅形成氯化铅,再与二氧化碳形成碳酸铅(白色腐蚀物).在使用松香类助焊剂时,因松香不溶于水会将含氯活性剂包着不致腐蚀,但如使用不当溶剂,只能清洗松香无法去除含氯离子,如此一来反而加速腐蚀.,12.油脂类残留:氧化防止油被打入锡槽内经喷流涌出而机污染基板,此问题应为锡槽焊锡液面过低,锡槽内追加焊锡即可改善.13.黄色焊点：,系因焊锡温度过高造成,立即查看锡温及温控器是否故障.,14.针孔及气孔,针孔与气孔之区别,针孔是在焊点上发现一小孔,气孔则是焊点上较大孔可看到内部,针孔内部通常是空的,气孔则是内部空气完全喷出而造成之大孔,其形成原因是焊锡在气体尚未完全排除即已凝固,而形成此问题.14-1有机污染物:基板与零件脚都可能产生气体而造成针孔或气孔,其污染源可能来自自动插件机或储存状况不佳造成,此问题较为简单只要用溶剂清洗即可,但如发现污染物为有机污染物因其不容易被溶剂清洗,故在制程中应考虑其它代用品.,14-2基板有湿气:如使用较便宜的基板材质,或使用较粗糙的钻孔方式,在贯孔处容易吸收湿气,焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,解决方法是放在烤箱中120烤二小时。14-3电镀溶液中的光亮剂:使用大量光亮剂电镀时,光亮剂常与金同时沉积,遇到高温则挥发而造成,